nâng cao chất lượng dịch vụ mạng internet





ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ





Trần Anh Tuấn




NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ
MẠNG INTERNET



Ngành: Công Nghệ Điện tử - Viễn thông
Chuyên ngành: Kỹ thuật vô tuyến điện tử và thông tin liên lạc
Mã số: 2.07.00





LUẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Cảnh Tuấn











Hà Nội – 2007



iii
MỤC LỤC
CHỮ VIẾT TẮT……………………………………………………………………… vi
DANH MỤC BẢNG………………………………………………………………… vii
DANH MỤC HÌNH VẼ viii
MỞ ĐẦU………………………………………………………………………………. x
CHƢƠNG 1: SỰ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG INTERNET VÀ YÊU CẦU VỀ
CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ - CÁC MÔ HÌNH CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ (QoS) 1
1.1 Giới thiệu mạng Internet và chất lƣợng dịch vụ IP (IP QoS) 1
1.2 Lịch sử chất lƣợng dịch vụ giao thức Internet (IP QoS) 2
1.3 Các thƣớc đo thông số vận hành 5
1.3.1 Dải thông 5

1.3.2 Trễ và Trƣợt gói tin 5
1.3.3 Mất gói 7
1.4 Các chức năng QoS 8
1.4.1 Đánh dấu và phân loại gói tin. 8
1.4.2 Quản lý tốc độ lƣu lƣợng 8
1.4.3 Cấp phát tài nguyên 8
1.4.4 Chính sách tránh tắc nghẽn và loại bỏ gói 9
1.4.5 Giao thức báo hiệu QoS 9
1.4.6 Chuyển mạch 9
1.4.7 Định tuyến 10
1.5 Các mức độ của chất lƣợng dịch vụ (QoS) 10
1.5.1 Dịch vụ Nỗ lực cao nhất (Best-effort service) 10
1.5.2 Dịch vụ có phân loại 11
1.5.3 Dịch vụ có bảo đảm 11
1.6 Dịch vụ có bảo đảm (Intergrated Service): Giao thức dành trƣớc tài nguyên
(RSVP) 12
1.6.1 Giao thức dành trƣớc tài nguyên (RSVP) 13
1.6.1.1 Vận hành của RSVP 13
1.6.1.2 Các thành phần RSVP 16
1.6.1.3 Các bản tin RSVP 17
1.6.2 Các kiểu dành trƣớc 19
1.6.2.1 Dành riêng riêng biệt 19
1.6.2.2 Dành riêng chia xẻ 19
1.6.3 Kiểu dịch vụ 21
1.6.3.1 Tải kiểm soát 21
1.6.3.2 Tốc độ Bit bảo đảm 21
1.6.4 Tính quy mô của RSVP 22
1.7 Cấu trúc dịch vụ có phân loại (Differentiated Services Architecture) 23
1.7.1 Cấu trúc diffserv 23
1.7.2 Điểm mã dịch vụ có phân loại (DSCP) 26

1.7.3 Khối điều hoà lƣu lƣợng biên mạng 27
1.7.4 Đặc tính truyền theo chặng (PHB) 28
1.7.5 Chính sách phân bổ tài nguyên 31
CHƢƠNG 2: CÁC CƠ CHẾ THỰC HIỆN INTSERV VÀ DIFFSERV ÁP DỤNG
CHO THIẾT BI ĐỊNH TUYẾN CỦA CISCO 34


iv
2.1 Bộ điều hoà lƣu lƣợng biên mạng: thiết bị phân loại, đánh dấu và quản lý tốc
độ lƣu lƣợng 34
2.1.1 Sự phân loại gói. 35
2.1.2 Đánh dấu gói 35
2.1.3 Sự cần thiết của việc quản lý tốc độ lƣu lƣợng. 38
2.1.3.1 Khống chế lƣu lƣợng: sử dụng Tốc độ truy cập cam kết (CAR) 40
2.1.3.2 Chỉ tiêu phù hợp lƣu lƣợng 41
2.1.3.3 Thiết bị đo lƣu lƣợng. 41
2.1.3.4 Chính sách hành động. 45
2.1.4 Định dạng lƣu lƣợng 45
2.1.4.1 Thiết bị đo lƣu lƣợng dùng cho định dạng lƣu lƣợng 46
2.1.4.2 Định dạng lƣu lƣợng chung (GTS) và Định dạng lƣu lƣợng phân bố
(DTS) 47
2.2 Các cơ chế xếp lịch cho gói tin 48
2.2.1 Xếp hàng Vào trƣớc ra trƣớc (FIFO) 50
2.2.2 Nguyên lý cấp phát chia xẻ công bằng Max-Min 51
2.2.3 Xếp hàng công bằng (FQ) và Xếp hàng công bằng có trọng số (WFQ)
dựa trên tính toán số thứ tự. 54
2.2.4 Xếp hàng công bằng có trọng số theo luồng. 58
2.2.5 WFQ phân tán theo từng luồng (FlowBased Distributed WFQ-DWFQ) 61
2.2.6 WFQ theo loại (Class-Based WFQ) 62
2.2.7 Các cơ chế xếp hàng WFQ khác 63

2.2.7.1 Xếp hàng công bằng có trọng số phân tán DWFQ theo ToS 63
2.2.7.2 Xếp hàng công bằng có trọng số phân tán DWFQ theo nhóm QoS 63
2.2.8 Xếp hàng ƣu tiên (Priority Queuing – PQ) 63
2.2.9 Xếp hàng tuỳ biến (Custom Queuing-CQ) 64
2.2.10 Các cơ chế xếp lịch cho lƣu lƣợng thoại 66
2.2.10.1 WFQ theo loại với hàng đợi ƣu tiên (PQ-CBWFQ) 66
2.2.10.2 Xếp hàng tuỳ biến với các hàng đợi ƣu tiên (PQ-CQ) 68
2.2.11 Xếp hàng sử dụng thuật toán Round-Robin 68
2.2.11.1 Round Robin theo trọng số cải tiến (Modified Weighted Round
Robin - MWRR) 69
2.2.11.2 Round Robin khấu trừ cải tiến (Modified Deficit Round Robin -
MDRR) 73
2.3 Các cơ chế tránh tắc nghẽn và chính sách loại bỏ gói tin 77
2.3.1 Khởi động chậm giao thức kiểm soát truyền dẫn (TCP Slow Start) và
Loại trừ nghẽn 78
2.3.2 Hoạt động của lƣu lƣợng TCP trong mô hình loại bỏ cuối hàng (Tail-
Drop) 79
2.3.3 Phát hiện sớm ngẫu nhiên (RED): Quản lý hàng đợi tích cực để tránh
nghẽn mạng 81
2.3.4 Phát hiện sớm ngẫu nhiên có trọng số (WRED) 85
2.3.5 Phát hiện sớm ngẫu nhiên có trọng số theo luồng (Flow WRED) 85
CHƢƠNG 3: ĐO KIỂM MỘT SỐ CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA
DIFFERENTIATED SERVICE TRÊN THIẾT BỊ ĐỊNH TUYẾN CISCO 89
3.1 Kết quả đo thông số Diffserv 89
3.1.1 Bài đo Tốc độ truy cập cam kết (CAR) 89


v
3.1.2 Bài đo kích thƣớc bursts bình thƣờng và vƣợt quá 91
3.1.3 Bài đo chức năng Xếp hàng có trọng số theo loại (Class-Based Weighted

Fair Queuing - CB-WFQ) 92
3.1.4 Bài đo WRED đối với đƣờng truyền nghẽn nút cổ chai 94
3.1.5 Bài đo so sánh WFQ và PQ khi hỗ trợ lƣu lƣợng EF 98
3.2 Áp dụng các bài đo Chất lƣợng dịch vụ có phân loại tiêu biểu vào mạng thực
tế của Bƣu điện thành phố Hồ Chí Minh 101
3.2.1 Mạng IP của Bƣu điện thành phố Hồ Chí Minh 101
3.2.2 Bài đo cơ chế Tốc độ truy cập cam kết (CAR) 102
3.2.3 Bài đo chức năng Xếp hàng có trọng số theo loại (CB-WFQ) - Độ cách
ly lƣu lƣợng (traffic isolation) 103
3.2.4 Bài đo WRED đối với đƣờng truyền nghẽn nút cổ chai 104
3.2.5 Bài đo so sánh WFQ và PQ khi hỗ trợ lƣu lƣợng EF 105
KẾT LUẬN 107
Tài liệu tham khảo 109



vi
CHỮ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt
Tiếng Anh
Tiếng Việt



ABR
A
vailable
Bit
Rate

Tốc độ bít khả dụng
AF
Assured

Forwarding

Truyền tiếp có đảm bảo
A
TM

Asynchronous

Transfer

Mode

Truyền dẫn không đồng bộ
BA

Behavior Aggregate
Tập hợp đặc tính truyền
BGP
Border

Gateway

Protocol

Giao thức cổng nối biên

CAC
Connection

Admission

Control

Kiểm soát quản lý kết nối
CAR
Committed
Access
Rate

Tốc độ truy cập cam kết
CBWFQ
Class
Based
Weighted

Fair

Queuing

Xếp hàng theo trọng số phân loại
CIR
Committed Information Rate
Tốc độ thông tin cam kết
DS
Differentiated
Services

Các dịch vụ có phân biệt
DSCP
Differentiated
Services
Code

Point

Điểm mã dịch vụ có phân biệt
DTR

data

terminal

ready

Đầu cuối dữ liệu sẵn sàng
EF
Expedited

Forwarding

Chuyển tiếp nhanh
FRF
Frame-Relay

Forum

Diễn đàn chuyển tiếp khung

GTS
Generic

T
raffic
Shaping

Định dạng lƣu lƣợng chung
IP
Internet

Protocol

Giao thức Internet
ITU-T
International

Union

for

Telecommunications

Liên minh viễn thông quốc tế
LAN
Local

Area

Network

Mạng nội bộ
LLQ

Low

Latency

Queuing

Xếp hàng độ trễ thấp
MCR

Minimum
Cell
Rate

Tốc độ tế bào cực tiểu
PHB
Per
-Hop
Behavior
Đặc tính truyền theo chặng
RSVP
Resource

Reservation

Protocol

Giao thức dành trƣớc tài nguyên
UDP
User
Datagram

Protocol

Giao thức bản tin ngƣời sử dụng
VoIP
Voice
over

IP

Thoại trên nền IP
WFQ
Weighted Fair Queing
Xếp hàng theo trọng số
WRED

Weighted

Randomly

Early

Detected

Phát hiện sớm ngẫu nhiên theo
trọng số

vii
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1-1Các mức dịch vụ và cơ chế thực hiện QoS 11
Bảng 1-2 Các khối chức năng trong cấu trúc Diffserv 24
Bảng 1-3 IP precedence và DSCP 26
Bảng 1-4 AF PHB 27
Bảng 2-1 Những giá trị và tên ưu tiên IP. 36
Bảng 2-2 Đánh dấu lưu lượng sử dụng mức ưu tiên IP, DSCP, và nhóm QoS. 37
Bảng 2-3 Sự so sánh giữa chức năng khống chế và chức năng định dạng. 39
Bảng 2-4 Sự so sánh giữa hai cơ chế TS: GTS và DTS. 47
Bảng 2-5 WFQ theo từng luồng 59
Bảng 2-6: Phân loại theo ToS 63
Bảng 2-7 Các trọng số của các hàng đợi 70
Bảng 2-8 Hàng đợi 0-2 cùng với các giá trị trọng số và định mức 75
Bảng 3-1 Ảnh hưởng của các exceed action CAR khác nhau lên lưu lượng UDP (thông
lượng trên không bao gồm overhead) 90
Bảng 3-2 Thông lượng của một kết nối TCP khi tăng giá trị của kích thước burst bình
thường và vượt quá 92
Bảng 3-3 Kết quả của các bài test CAR và WFQ với sô lượng khác nhau các dòng TCP
ưu tiên cao và TCP best-effort 94



viii
DANH MỤC HÌNH VẼ

HỠNH 1-1 CỎC THàNH PHầN TRễ CủA GÚI 1500 BYTE TRỜN đườNG TRUYềN
XUYỜN LụC địA NướC Mỹ VớI DảI THỤNG TăNG DầN 6

HỠNH 1-2 THỤNG TIN LUồNG Dữ LIệU Và đIềU KHIểN CủA ROUTER Và MỎY
TRạM Sử DụNG RSVP 14
HỠNH 1-3 Cơ CHế THIếT LậP DàNH TRướC RSVP 16
HỠNH 1-4 VỚ Dụ Về BA KIểU Bộ LọC DàNH RIỜNG 20
HỠNH 1-5 TổNG QUAN Về DIFFSERV 24
HỠNH 1-6 MỤ HỠNH HOạT độNG QOS TổNG QUỎT 25
HỠNH 1-7 BYTE TOS THEO RFC 1349 27
HỠNH 1-8 BYTE DS 27
HỠNH 1-9 TỚN HIệU RSVP QUA MộT MạNG DIFFSERV 31
HỠNH 2-1 THUậT TOỎN GIớI HạN TốC độ. 40
HỠNH 2-2 TOKEN BUCKET CHUẩN CHO CAR. 42
HỠNH 2-3 NHữNG HàNH độNG DựA VàO GIỎ TRị Bộ đếM BURST. 44
HỠNH 2-4 XỎC SUấT LOạI Bỏ GÚI TIN CAR. 44
HỠNH 2-5 QUỎ TRỠNH địNH DạNG LưU LượNG 45
HỠNH 2-6 NGUYỜN LÝ TOKEN BUCKET CHO CHứC NăNG địNH DạNG LưU
LượNG. 46
HỠNH 2-7 XếP HàNG FIFO. 51
HỠNH 2-8 CấP PHỎT TàI NGUYỜN CHO NGườI DỰNG A Và B 52
HỠNH 2-9 CấP PHỎT TàI NGUYỜN CHO NGườI DỰNG C. 53
HỠNH 2-10 CấP PHỎT TàI NGUYỜN CHO NGườI DỰNG D Và E 53
HỠNH 2-11: MộT VỚ Dụ MINH HOạ Sự MỤ PHỏNG Bộ XếP LịCH GPS ROUND-
ROBIN THEO TừNG BYTE CHO FQ. 56
HỠNH 2-12 MINH HọA CHO CỎCH LàM CủA Bộ XếP LịCH FQ; GÚI D1 đếN SAU
GÚI A1 đượC XếP LịCH. 57
HỠNH 2-13 WFQ THEO TừNG LUồNG. 59
HỠNH 2-14 WFQ THEO TừNG LUồNG.(TIếP) 59
HỠNH 2-15 CỎC HàNG đợI WRR VớI CỎC Bộ đếM KHấU TRừ TRướC KHI BắT đầU
PHụC Vụ 70
HỠNH 2-16 MWRR SAU KHI PHụC Vụ HàNG đợI 0 TRONG LượT đầU TIỜN 71
HỠNH 2-17 MWRR SAU KHI PHụC Vụ HàNG đợI 1 TRONG LượT đầU TIỜN 71

HỠNH 2-18 MWRR SAU KHI PHụC Vụ HàNG đợI 2 TRONG LượT đầU TIỜN 72
HỠNH 2-19 CỎC HàNG đợI 0 – 2, CỰNG VớI CỎC Bộ đếM KHấU TRừ CủA CHỲNG
74
HỠNH 2-20 MDRR SAU KHI PHụC Vụ HàNG đợI 2, LượT đầU TIỜN 75
HỠNH 2-21 MDRR SAU KHI PHụC Vụ HàNG đợI 0, LượT đầU TIỜN 76
HỠNH 2-22 MDRR SAU KHI PHụC Vụ HàNG đợI 2, LượT THứ 2 77
HỠNH 2-23 MỤ Tả CửA Sổ NGHẽN MạNG TCP KHởI độNG CHậM Và CỎC HOạT
độNG TRỎNH NGHẽN MạNG 79
HỠNH 2-24 ĐồNG Bộ TOàN CụC 80
HỠNH 2-25 XỎC SUấT LOạI Bỏ GÚI TIN RED 84
HỠNH 2-26: XỎC SUấT LOạI Bỏ GÚI TIN BằNG Cơ CHế FLOW WRED 87
HỠNH 3-1 CấU HỠNH đO TốC độ TRUY CậP CAM KếT 89
HỠNH 3-2 CấU HỠNH đO KỚCH THướC BURSTS BỠNH THườNG Và VượT QUỎ91


ix
HỠNH 3-3 CấU HỠNH đO CHứC NăNG XếP HàNG CÚ TRọNG Số THEO LOạI
(CLASS-BASED WEIGHTED FAIR QUEUING - CB-WFQ) 93
HỠNH 3-4 CấU HỠNH đO WRED đốI VớI đườNG TRUYềN NGHẽN NỲT Cổ CHAI. 95
HỠNH 3-5 MỤ Tả BàI đO THEO LOGIC Và MẫU LưU LượNG 96
HỠNH 3-6 KếT QUả CHIA Xẻ DảI THỤNG KHI NGưỡNG TốI THIểU THAY đổI 96
HỠNH 3-7 PHầN DảI THỤNG PHB AF11 đạT đượC KHI Số LượNG LUồNG CủA
MỗI LOạI THAY đổI 97
HỠNH 3-8 CấU HỠNH đO SO SỎNH WFQ Và PQ KHI Hỗ TRợ LưU LượNG EF 98
HỠNH 3-9 TRễ MộT HướNG TRUNG BỠNH KHI DỰNG CỎC KỚCH THướC
KHUNG EF KHỎC NHAU, VớI PQ Và WFQ (8 HàNG đợI) 100
HỠNH 3-10 IPDV TRUNG BỠNH VớI PQ Và WFQ (8 HàNG đợI) 100
HỠNH 3-11 CấU HỠNH đO Cơ CHế TốC độ TRUY CậP CAM KếT (CAR) 102
HỠNH 3-12 CấU HỠNH đO CHứC NăNG XếP HàNG CÚ TRọNG Số THEO LOạI
(CB-WFQ) - Độ CỎCH LY LưU LượNG (TRAFFIC ISOLATION) 104

HỠNH 3-13 CấU HỠNH đO WRED đốI VớI đườNG TRUYềN NGHẽN NỲT Cổ CHAI
105
HỠNH 3-14 CấU HỠNH đO WFQ Và PQ KHI Hỗ TRợ LưU LượNG EF 106


x
MỞ ĐẦU

Mạng viễn thông hiện đại ngày nay đang phát triển một cách mạnh mẽ cả về quy
mô cũng nhƣ công nghệ. Ở Việt Nam, cùng với mức độ tăng trƣởng chóng mặt
của thuê bao điện thoại là tỷ lệ ngƣời dùng Internet băng thông rộng. Làm việc và
giải trí, giao tiếp trên môi trƣờng mạng Internet nói riêng và mạng IP nói chung
đang là hình thức giao tiếp hiệu quả và thuận tiện nhất. Xu hƣớng hội tụ tất cả
các dịch vụ viễn thông lên nền tảng IP đã đƣợc dự đoán và đang đƣợc kiểm
chứng ngay tại Việt Nam. Các dịch vụ trên nền IP rất đa dạng: từ gửi thƣ điện tử,
truy cập web, thƣơng mại điện tử đến truyền file, mạng riêng ảo, thoại VOIP,
truyền hình trực tuyến, truyền hình hội nghị.
Trƣớc sự bùng nổ về số lƣợng và chủng loại dịch vụ thông tin trên mạng IP, các
nhà sản xuất và cung cấp mạng ngày càng phải chú ý đến chất lƣợng dịch vụ.
Ngoài việc tăng cƣờng đầu tƣ thiết bị mới để cung cấp dịch vụ, một việc hết sức
cần thiết là sử dụng hạ tầng mạng một cách hiệu quả. Các kỹ thuật Chất lƣợng
dịch vụ QoS đƣợc đƣa ra nhằm mục đích này. Thực ra các kỹ thuật và khái niêm
IP QoS đã xuất hiện từ rất lâu nhƣng phải đến những năm gần đây nó mới đƣợc
thực sự chú ý đến. Lý do là ban đầu, lƣu lƣợng trên mạng Internet rất ít, chỉ gồm
các dịch vụ nhƣ email, truyền file và truy cập web. Đây là những dịch vụ băng
hẹp, dùng ít dải thông và không phải là dịch vụ thời gian thực. Ngày nay, số
lƣợng dịch vụ đã tăng lên rất nhiều, bao gồm cả dịch vụ truyền thống và các dịch
vụ đòi hỏi thời gian thực nhƣ VOIP và hội nghị truyền hình. Các nhà cung cấp
dịch vụ phải tìm mọi cách thoả mãn khách hàng về lƣu lƣợng thông tin và chất
lƣợng thông tin. Các kỹ thuật QoS có thể đảm nhiệm việc đảm bảo chất lƣợng

thông tin cũng nhƣ sử dụng hiệu quả nhất băng thông của mạng. Một mạng dù
đƣợc trang bị băng thông lớn cũng cần phải có những chính sách QoS thích hợp
để cân bằng nhu cầu giữa các loại dịch vụ. Trƣớc những nhu cầu của thực tế khai
thác vận hành mạng nhƣ vậy, tôi đăng ký đề tài nghiên cứu về các kỹ thuật đảm
bảo chất lƣợng dịch vụ QoS. Nội dung của đề tài này là tìm hiểu các mô hình


xi
QoS mạng IP và ứng dụng trên mạng Viễn Thông Việt Nam, đó là mô hình Nỗ
lực cao nhất (Best effort), mô hình Dịch vụ có bảo đảm (Integrated Service) và
mô hình Dịch vụ phân biệt (Diffrentiated Service). Đặc biệt chú ý đến mô hình
Dịch vụ phân biệt vì nó có thể đáp ứng chất lƣợng dịch vụ ở quy mô lớn. Mục
tiêu của đề tài là: Tìm hiểu tất cả các kỹ thuật của mô hình Dịch vụ có phân loại
để có thể ứng dụng mô hình này một cách tốt nhất trên mạng lƣới Việt Nam.
Trên cơ sở các hiểu biết về QoS, đề tài cũng đề cập đến một số bài đo chất lƣợng
dịch vụ trên nền tảng Dịch vụ phân biệt cho mạng IP của Bƣu điện thành phố Hồ
Chí Minh.
Do thời gian nghiên cứu còn hạn chế nên một số vấn đề chƣa đƣợc đề cập chi
tiết , vì vậy luận văn chắc sẽ khó tránh khỏi các thiếu sót. Tôi mong nhận đƣợc
sự quan tâm và đóng góp ý kiến của các thầy, cô và các bạn đồng nghiệp để hoàn
thiện đề tài này.
Xin cám ơn.


1
CHƢƠNG 1: SỰ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG INTERNET VÀ YÊU CẦU
VỀ CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ - CÁC MÔ HÌNH CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ
(QoS)
1.1 Giới thiệu mạng Internet và chất lƣợng dịch vụ IP (IP QoS)
Mạng IP lớn nhất là mạng Internet toàn cầu. Internet phát triển với tốc độ

chóng mặt trong suốt vài năm gần đây cùng với một số lƣợng lớn các ứng dụng
trên nền tảng Internet. Khi Internet và các mạng intranet tiếp tục phát triển, nhiều
ứng dụng khác ngoài dữ liệu truyền thống nhƣ thoại trên nền IP (VoIP) và hội
nghị truyền hình (video-conferencing) cũng xuất hiện theo đó. Ngày càng nhiều
ứng dụng và ngƣời dùng hƣớng đến Internet mỗi ngày, vì vậy, Internet cần có
một chức năng để hỗ trợ cảchất lƣợng các dịch vụ và ứng dụng hiện có cũng nhƣ
tƣơng lai. Dịch vụ phổ biến nhất mà Internet cung cấp hiện nay là dịch vụ “nỗ
lực cao nhất” (best-effort). Dịch vụ best-effort không bảo đảm gói đƣợc chuyển
giao đến nơi nhận khi nào hoặc có chuyển đến hay không, trong khi đó các gói
thƣờng xuyên bị loại bỏ trong lúc nghẽn mạng.
Trong một mạng, thông thƣờng các gói theo từng luồng (flow) đƣợc phân biệt
bởi năm trƣờng trong mào đầu gói IP: Địa chỉ IP nguồn, địa chỉ IP đích, trƣờng
phƣơng thức IP, cổng nguồn, và cổng đích. Một luồng riêng lẻ đƣợc tạo bởi các
gói xuất phát từ một ứng dụng trên một máy nguồn đến một ứng dụng trên một
máy đích, và các gói thuộc một luồng mang các giá trị năm trƣờng mào đầu
giống nhau.
Để hỗ trợ lƣu lƣợng thoại, và video, và ứng dụng dữ liệu với các yêu cầu dịch
vụ khác nhau từ mạng, các hệ thống tại mạng lõi IP cần phân biệt và đáp ứng các
dạng lƣu lƣợng khác nhau dựa trên cơ sở nhu cầu của chúng. Tuy nhiên,với dịch
vụ best-effort, không thể phân biệt trong số hàng nghìn luồng lƣu lƣợng tồn tại
trong mạng lõi IP. Vì vậy, không có mức ƣu tiên hay sự đảm bảo cho bất cứ
luồng lƣu lƣợng ứng dụng nào. Điều này hạn chế cơ bản khả năng của mạng IP
để truyền lƣu lƣợng trong khi mạng đó chỉ có một nguồn tài nguyên hạn chế
cùng với các yêu cầu kèm theo về bảo đảm dịch vụ. Chất lƣợng dịch vụ IP nhằm
để giải quyết vấn đề này. Các chức năng IP QoS hƣớng đến việc cung cấp các


2
dịch vụ đƣợc đảm bảo và đa dạng bằng cách trao cho nhà khai thác mạng quyền
kiểm soát và cách sử dụng tài nguyên mạng Internet. QoS là một tập hợp các yêu

cầu dịch vụ mà mạng phải đáp ứng trong khi truyền một luồng. QoS cung cấp sự
bảo đảm dịch vụ từ điểm đầu đến điểm cuối (end-to-end) và sự điều khiển - dựa
trên cơ sở chính sách - các phƣơng pháp vận hành mạng IP, nhƣ các cơ chế cấp
phát tài nguyên, chuyển mạch, định tuyến, xếp lịch và loại bỏ gói.
Một số lợi ích chính của IP QoS:
- Giúp các mạng có thể hỗ trợ các yêu cầu dịch vụ và ứng dụng
multimedia hiện có cũng nhƣ đang xuất hiện. Các ứng dụng mới nhƣ
Voice over IP (VoIP) sẽ có đƣợc các yêu cầu QoS rõ ràng cụ thể đối với
mạng.
- Cho phép nhà vận hành mạng điều khiển tài nguyên mạng và cách
thức sử dụng chúng.
- Cung cấp sự đảm bảo dịch vụ và sự phân biệt lƣu lƣợng trên mạng.
Điều này cần thiết để hội tụ lƣu lƣợng thoại, video và dữ liệu trên một
mạng IP duy nhất.
- Nó cho phép các nhà cung cấp dịch vụ đƣa ra thêm các dịch vụ
chất lƣợng cao cùng lúc với các dịch vụ best-effort hiện tại. Nhà cung
cấp có thể phân loại các dịch vụ chất lƣợng cao của họ thành các mức ví
dụ nhƣ mức Bạch kim, Platinum, Vàng hay Bạc, và đặt cấu hình mạng
để theo đó phân biệt các loại dịch vụ khác nhau nói trên.
-Cho phép khai thác mạng theo ứng dụng, trong đó mạng truyền các
gói tin dựa trên cơ sở thông tin ứng dụng trong các mào đầu gói.
- QoS đóng vai trò chủ chốt trong việc đƣa ra những dịch vụ mạng
mới nhƣ Mạng riêng ảo (VPNs).
1.2 Lịch sử chất lƣợng dịch vụ giao thức Internet (IP QoS)
IP QoS không phải là mới xuất hiện. Các nhà sáng chế ra Internet đã sớm nhận
thấy sự cần thiết này và đƣa ra một byte có tên gọi Dạng dịch vụ (ToS) trong


3
mào đầu IP để làm cho QoS trở thành một phần đặc điểm kỹ thuật IP ban đầu.

Mục đích của byte ToS đƣợc miêu tả nhƣ sau:
Dạng dịch vụ thể hiện những thông số tóm tắt của chất lượng dịch vụ mong
muốn. Những thông số này được sử dụng để hướng dẫn lựa chọn các thông số
dịch vụ thực tế khi truyền một datagram qua một mạngcụ thể. [5]
Cho đến cuối những năm 1980, Internet vẫn còn ở mức độ nghiên cứu và chỉ
có một ít dịch vụ và lƣu lƣợng thông tin. Vì vậy, sự hỗ trợ ToS không đóng vai
trò quan trọng, và hầu hết tất cả các triển khai mạng IP đều bỏ qua byte ToS.
Những ứng dụng IP không đánh dấu rõ byte ToS, và các router cũng không sử
dụng nó để điều khiển cách thức chuyển tiếp gói IP. Tầm quan trọng của QoS
trên Internet đã tăng lên cùng với sự phát triển của Internet đạt đến mức độ phổ
biến và thƣơng mại nhƣ hiện nay. Mạng Internet dựa trên cơ sở dịch vụ gói end-
to-end không kết nối thƣờng cung cấp các công cụ truyền tải best-effort (nỗ lực
cao nhất), dùng bộ Giao thức điều khiển truyền dẫn/Giao thức Internet (TCP/IP).
Mặc dầu thiết kế không kết nối cung cấp cho mạng Internet tính linh hoạt và
mạnh mẽ, sự linh hoạt của gói tin của nó cũng là nguyên nhân của hiện tƣợng tắc
nghẽn, đặc biệt tại các router kết nối các mạng với rất nhiều dải thông khác
nhau.
Tập hợp các chức năng QoS ban đầu đƣợc thiết lập cho các host Internet. Một
vấn đề lớn đối với những kết nối mạng diện rộng (WAN) có giá thành cao là việc
kích thƣớc mào đầu quá lớn so vớicác gói TCP nhỏ đƣợc tạo bởi những ứng dụng
nhƣ telnet và rlogin. Thuật toán Nagle đã giải quyết vấn đề này và ngày nay
đƣợc hỗ trợ bởi tất cả các ứng dụng host IP. Thuật toán Nagle báo trƣớc sự ra đời
của chức năng QoS Internet trong mạng IP. [4]
Vào năm 1986, Van Jacobson phát triển tập hợp tiếp theo các công cụ QoS
Internet. Đó là cơ chế tránh tắc nghẽn cho hệ thống đầu cuối, cơ chế này đang
đƣợc sử dụng trong những ứng dung TCP. Những cơ chế này là khởi động chậm
và tránh tắc nghẽn, và chúng đã hỗ trợ rất lớn trong việc ngăn chặn sự sập mạng
do tắc nghẽn của Internet hiện nay. Chúng bƣớc đầu khiến các luồng TCP có khả

4
năng đáp ứng những tín hiệu báo tắc nghẽn (những gói bị mất) trong mạng. Hai
cơ chế nữa là tái truyền nhanh và khôi phục nhanh đƣợc bổ sung thêm vào năm
1990, cung cấp hoạt động tối ƣu trong thời đoạn mất gói
.

Mặc dù những cơ chế QoS trong hệ thống đầu cuối là yếu tố cần thiết, chúng
vẫn không làm nên QoS end-to-end cho đến khi những cơ chế tƣơng xứng đƣợc
ứng dụng vào các router để truyền tải lƣu lƣợng dữ liệu giữa các hệ thống đầu
cuối. Vì vậy, khoảng năm 1990, QoS tập trung vào các router. Những router chỉ
có cơ chế xếp hàng vào trƣớc, ra trƣớc (FIFO) thì thể không cung cấp cơ chế để
phân loại và cấp ƣu tiên cho lƣu lƣợng. Xếp hàng FIFO gây ra loại bỏ cuối hàng
(tail drop) và không bảo vệ đƣợc những luồng đang hoạt động chuẩn khỏi những
luồng hoạt động không chuẩn. WFQ, một thuật toán xếp lịch gói, và WRED, một
thuật toán quản lý xếp hàng, đƣợc chấp nhận rộng rãi để lấpbù đắp những khiếm
khuyết của mạng đƣờng trục Internet.
Sự phát triển của QoS Internet tiếp tục với những nỗ lực tiêu chuẩn hoá trong
việc cung cấp QoS end-to-end trên Internet. Nhóm hoạt động IETF (Internet
Engineering Task Force) về dịch vụ có bảo đảm hƣớng tới cung cấp các công cụ
cho các ứng dụng để thể hiện những yêu cầu tài nguyên end-to-end với những cơ
chế hỗ trợ trong các router và những công nghệ mạng con. RSVP là một giao
thức báo hiệu cho mục tiêu này. Mô hình dịch vụ có bảo đảm (inteserv) đòi hỏi
các trạng thái theo từng luồng dọc theo tuyến kết nối, do đó intserv không thể mở
rộng ở quy mô mạng đƣờng trục Internet, nơi phục vụ hàng nghìn luồng tại một
thời điểmbất kỳ.
Byte ToS IP không đƣợc sử dụng nhiều trong quá khứ, nhƣng nó lại đƣợc tăng
cƣờng sử dụng sau này nhƣ một cách để báo hiệu QoS. Byte ToS đã trở thành
một kỹ thuật ban đầu cho việc cung cấp dịch vụ có phân loại (diffserv) trên
Internet, và để phục vụ mục đích này, nhóm hoạt động ITEF diffserv đã tiêu
chuẩn hoá việc sử dụng TOS nhƣ là byte dịch vụ có phân loại.

5
1.3 Các thƣớc đo thông số vận hành
Sự triển khai QoS nhằm mục đích cung cấp một kết nối với những giới hạn
hoạt động nào đó từ mạng. Độ rộng băng thông, trễ và trƣợt gói tin, mất gói là
những thƣớc đo phổ biến đƣợc sử dụng để mô tả vận hành của kết nối trong
mạng. Chúng đƣợc miêu tả trong những phần sau đây.
1.3.1 Dải thông
Thuật ngữ dải thông đƣợc dùng để diễn tả dung lƣợng truyền qua (throughput)
của một môi trƣờng, một giao thức hay một kết nối. Nó diễn tả chân thực “kích
thƣớc của ống” cần thiết dành cho một ứng dụng để liên lạc qua mạng.
Thông thƣờng, một kết nối yêu cầu dịch vụ bảo đảm phải có những yêu cầu
băng thông nhất định và đòi hỏi mạng cấp một dải thông tối thiểu phù hợp cho nó.
Ứng dụng tín hiệu thoại đƣợc số hoá cho ra tín hiệu thoại 64 kbps. Ứng dụng này
trở nên gần nhƣ không sử dụng đƣợc nếu nó nhận thấp hơn 64kbps từ mạng, dọc
theo tuyến kết nối.
1.3.2 Trễ và Trƣợt gói tin
Trễ gói tại mỗi chặng bao gồm trễ nối tiếp hoátrễ truyền dẫntruyền dẫn, trễ
truyền lan và trễ chuyển mạch. Những định nghĩa sau miêu tả các loại trễ:
Trễ nối tiêp hoátruyền dẫn (transmission delay)
Là khoảng thời gian một thiết bị dùng truyền một gói tin với một tốc độ cho
trƣớc. Trễ nối tiếp hoáTrễ truyền dẫn phụ thuộc vào dải thông của đƣờng truyền
cũng nhƣ kích thƣớc của gói. Ví dụ, một gói 64 byte ở tốc độ truyền 3Mbps mất
khoảng 171 ns để truyền. Chú ý rằng trễ nối tiếp hoátrễ truyền dẫn phụ thuộc vào
dải thông: cũng gói 64 byte tại 19,2 kbps mất 26 ms để truyền. Trễ nối tiếp
hoáTrễ truyền dẫn còn gọi là trễ truyền dẫnnối tiếp hoá
(serialization(transmission delay).
Trễ truyền lan (propagation delay)
Là khoảng thời gian một bít đƣợc truyền từ nơi phát đến nơi nhận của đƣờng

truyền. Trễ này lớn bởi trong trƣờng hợp tốt nhất, nó bằng khoảng cách chia cho
tốc độ ánh sáng. Chú ý rằng loại trễ này là một hàm số của khoảng cách và môi


6
trƣờng chứ không phụ thuộc dải thông. Đối với các đƣờng truyền WAN, giá trị
trễ truyền lan ở mức mili giây là bình thƣờng. Trễ truyền lan qua nƣớc Mỹ là vào
khoảng 30ms.
Trễ chuyển mạch (switching delay)
Là khoảng thời gian thiết bị bắt đầu truyền một gói tin sau khi thiết bị nhận
đƣợc nó. Khoảng thời gian này thông thƣờng là dƣới 10µs.
Tất cả các gói trong một luồng không phải chịu trễ trên mạng giống nhau. Trễ
đối với mỗi gói tin có thể thay đổi tuỳ theo những điều kiện mạng tại từng thời
điểm.
Nếu nhƣ một mạng không bị nghẽn, các hàng đợi sẽ không cần thiết ở các
router, và trễ nối tiếp hoátrễ truyền dẫn tại mỗi chặng cũng nhƣ trễ truyền lan tạo
thành trễ gói tổng cộng. Trễ nhƣ vậy là mức trễ tối thiểu mà mạng có thể đạt
đƣợc. Chú ý rằng trễ nối tiếp hoátrễ truyền dẫn trở nên không đáng kể khi so
sánh với trễ truyền lan trên những đƣờng truyền tốc độ cao.
Nếu mạng bị nghẽn, trễ hàng đợi sẽ xuất hiện, chi phối những trễ end-to-end
và sẽ góp phần vào sự thay đổi về trễ của các gói khác nhau trong cùng một kết
nối. Sự biến đổi trễ gói đƣợc gọi là trượt gói (packet jitter).
Trƣợt gói có vai trò quan trọng bởi nó ƣớc tính trễ cực đại giữa các lần tiếp
nhận gói ở bộ thu. Bộ thu, tuỳ vào ứng dụng, có thể bù đắp jitter bằng cách bổ
xung bộ đệm nhận để có thể chứa các gói với số lƣợng bằng giới hạn jitter.
Những ứng dụng playback gửi các dòng thông tin liên tục, bao gồm những ứng
dụng nhƣ cuộc gọi thoại tƣơng tác, hội nghị truyền hình, đều thuộc loại này.
Hình 1-1 Các thành phần trễ của gói 1500 byte trên đƣờng truyền xuyên lục
địa nƣớc Mỹ với dải thông tăng dần

7

Hình 1-1 minh họa ảnh hƣởng của ba loại trễ tổng hợp với tốc độ đƣờng
truyền tăng dần. Chú ý rằng trễ nối tiếp hoátrễ truyền dẫn trở nên rất nhỏ so với
trễ truyền lan khi dải thông của đƣờng truyền tăng. Trễ chuyển mạch có thể bỏ
qua đƣợc nNếu hàng đợi trống, , trễ chuyển mạch đƣợc coi nhƣ không đáng kể,
nhƣng nó tăng mạnh khi số lƣợng gói đang chờ ở hàng đợi tăng.
1.3.3 Mất gói
Mất gói chỉ rõ số lƣợng gói bị mất trên mạng trong quá trình truyền dẫn. Gói
rớt tại các điểm tắc nghẽn trên mạng và những gói bị hỏng trên đƣờng dây gây ra
hiện tƣợng mất gói. Loại bỏ gói thông thƣờng xuất hiện ở các điểm tắc nghẽn khi
các gói đến vƣợt quá giới hạn kích thƣớc hàng đợi tại đầu ra. Chúng cũng xuất
hiện khi kích thƣớc bộ đệm đầu vào không đủ cho các gói nhận đƣợc. Mất gói
thƣờng đƣợc tính bằng tỷ lệ số gói bị mất khi truyền với số lƣợng gói truyền đi
trong một khoảng thời gian nào đó.
Một số ứng dụng không hoạt động tốt hoặc rất không hiệu quả khi các gói bị
mất. Các ứng dụng không chịu đƣợc hiện tƣợng mất gói đòi hỏi sự bảo đảm về
mất gói từ mạng.
Mất gói hiếm khi xảy ra đối với mạng đƣợc thiết kế tốt, có lƣợng thuê bao vừa
đủ hoặc thấp hơn mức cho phép. Nó cũng hiếm khi xảy ra đối với các ứng dụng
dịch vụ đƣợc bảo đảm mà mạng đã dành sẵn tài nguyên cần thiết.
Lý do chính gây ra mất gói là do gói bị loại bỏ tại các điểm nghẽn mạng trong


8
trƣờng hơp đƣờng truyền dẫn cáp quang với tốc độ lỗi Bit 10E-9, hầu nhƣ không
có mất gói do đƣờng dây. Tuy nhiên, loại bỏ gói là hiện tƣợng thực tế khi truyền
lƣu lƣợng best-effort, mặc dù sự loại bỏ gói này chỉ xảy ra khi cần thiết. Nhớ
rằng các gói bị loại bỏ làm lãng phí tài nguyên mạng, vì chúng đã sử dụng một

phần tài nguyên mạng trên quãng đƣờng chúng đi đến điểm chúng bị loại bỏ.
1.4 Các chức năng QoS
Mục này trình bày ngắn gọn các chức năng QoS khác nhau, các đặc điểm có
liên quan và các lợi ích của chúng. Những chức năng này đƣợc trình bày chi tiết
hơn trong các phần sau.
1.4.1 Đánh dấu và phân loại gói tin.
Các Router tại các biên của mạng sử dụng chức năng phân loại để xác định
các gói thuộc loại lƣu lƣợng nào đó, dựa trên một hoặc nhiều trƣờng mào đầu
TCP/IP. Sau đó, chức năng đánh dấu đƣợc sử dụng để đánh dấu lƣu lƣợng đã
phân loại bằng cách đặt giá trị trƣờng IP precedence hoặc trƣờng Điểm mã dịch
vụ có phân loại (DSCP).
1.4.2 Quản lý tốc độ lƣu lƣợng
Các nhà cung cấp dịch vụ sử dụng chức năng khống chế (policing) để đo lƣu
lƣợng thông tin của khách hàng đi vào trong mạng và so sánh với đặc điểm lƣu
lƣợng của khách hàng. Cùng lúc đó, doanh nghiệp đang truy nhập vào một nhà
cung cấp của họ cần phải sử dụng chức năng định dạng lƣu lƣợng để đo tất cả các
lƣu lƣợng và gửi đi với tốc độ không đổi sao cho mọi lƣu lƣợng của họ đi qua
đƣợc chức năng policing của các nhà cung cấp dịch vụ. Giỏ thẻ bài (Token
bucket) là một kỹ thuật đo lƣu lƣợng phổ biến để đo lƣu lƣợng thông tin.
1.4.3 Cấp phát tài nguyên
Xếp lịch FIFO là một cơ chế xếp hàng truyền thống, đã triển khai rộng rãi
trong các router và switch trên Internet ngày nay. Mặc dù nó đơn giản thực hiện,
nhƣng xếp hàng FIFO cũng gặp một số vấn đề cơ bản trong việc cung cấp QoS.
Nó không cung cấp cách thức để cho phép lƣu lƣợng nhạy với trễ đƣợc ƣu tiên và
chuyển đến đầu hàng đợi.


9
Tất cả các lƣu lƣợng đều đƣợc xử lý nhƣ nhau, không có sự phân biệt luồng
hay phân biệt dịch vụ trong lƣu lƣợng. Để thuật toán xếp lịch phục vụ QoS, ít

nhất nó cần có khả năng phân biệt các gói khác nhau trong hàng đợi và nhận biệt
đƣợc mức độ dịch vụ của mỗi gói. Thuật toán xếp lịch xác định gói nào sẽ truyền
tiếp theo ra khỏi hàng đợi. Mức độ thƣờng xuyên đƣợc truyền của các gói thuộc
một luồng xác định sự cấp phát tài nguyên hoặc dải thông cho luồng đó.
1.4.4 Chính sách tránh tắc nghẽn và loại bỏ gói
Trong xếp hàng FIFO truyền thống, việc quản lý hàng đợi đƣợc thực hiện bởi
việc làm rớt tất cả các gói đang đến khi các gói trong hàng đợi đã đạt đến độ dài
hàng đợi tối đa. Kỹ thuật quản lý hàng đợi này đƣợc gọi là loại bỏ cuối hàng (tail
drop), nó báo hiệu sự tắc nghẽn chỉ khi hàng đợi đã đầy hoàn toàn. Trong trƣờng
hợp này, không một chức năng quản lý hàng đợi tích cực nào đƣợc thực hiện để
tránh tắc nghẽn, hoặc để giảm các kích thƣớc hàng đợi nhằm giảm độ trễ hàng
đợi đến mức tối thiểu. Một thuật toán quản lý hàng đợi tích cực cho phép các
router phát hiện ra tắc nghẽn trƣớc khi hàng đợi bị tràn.
1.4.5 Giao thức báo hiệu QoS
RSVP là một phần của cấu trúc intserv IETF nhằm cung cấp QoS end-to-end
trên Internet. Nó giúp các ứng dụng có thể báo hiệu những yêu cầu QoS của mỗi
luồng tới mạng. Các chỉ số dịch vụ đƣợc sử dụng để định lƣợng cụ thể những yêu
cầu này cho việc kiểm soát tiếp nhận (admission control).
1.4.6 Chuyển mạch
Chức năng chủ yếu của router là chuyển nhanh chóng và hiệu quả tất cả lƣu
lƣợng thông tin đang đi vào đến đúng giao diện ra và đúng địa chỉ chặng tiếp
theo dựa trên cơ sở thông tin trong bảng chuyển tiếp. Cơ chế chuyển tiếp dựa trên
cơ sở lƣu trữ truyền thống mặc dù có hiệu quả nhƣng vẫn gặp các vấn đề về quy
mô và tình trạng vận hành. Lý do vì cơ chế này bị điều khiển bởi lƣu lƣợng, có
thể dẫn đến tăng bộ nhớ lƣu trữ và làm hạn chế hoạt động chuyển mạch trong
thời gian mạng không ổn định.
Phƣơng pháp chuyển tiếp dựa trên cơ sở cấu hình giải quyết những vấn đề liên


10

quan đến cơ chế chuyến tiếp dựa trên cơ sở lƣu trữ bằng cách xây dựng một bảng
chuyển tiếp tƣơng ứng chính xác với bảng định tuyến của router. Phƣơng pháp
chuyển tiếp dựa trên cơ sở cấu trúc đƣợc gọi là Cisco Express Forwarding (CEF)
trong các router Cisco.
1.4.7 Định tuyến
Định tuyến truyền thống chỉ là việc dựa vào đích đến và hƣớng các gói tin
theo một đƣờng ngắn nhất xác định từ bảng định tuyến. Điều này không đủ linh
hoạt đối với một số cấu hình mạng. Định tuyến theo chính sách là một chức năng
QoS giúp ngƣời sử dụng có thể thay đổi từ định tuyến đích sang định tuyến dựa
theo các thông số gói có thể thay đổi đƣợc bởi ngƣời sử dụng.
Những giao thức định tuyến hiện thời cung cấp cách định tuyến đƣờng ngắn
nhất, là cách lựa chọn đƣờng truyền dựa theo một giá trị đo đạc nhƣ chi phí hành
chính, trọng số hay số lƣợng chặng. Những gói này đƣợc định tuyến dựa theo
bảng định tuyến mà không có bất cứ một thông tin nào về những yêu cầu của
luồng hay mức khả dụng tài nguyên dọc theo tuyến. Định tuyến QoS là một cơ
chế định tuyến quan tâm đến yêu cầu QoS của luồng và có một số thông tin về
mức khả dụng tài nguyên mạng trong những tiêu chuẩn lựa chọn định tuyến của
nó.
1.5 Các mức độ của chất lƣợng dịch vụ (QoS)
Lƣu lƣợng trong mạng đƣợc ghép từ các luồng đƣợc tạo bởi nhiều ứng dụng
khác nhau trên các trạm đầu cuối. Những ứng dụng này khác nhau ở những yêu
cầu dịch vụ và chất lƣợng. Bất cứ yêu cầu của luồng nào cũng phụ thuộc chặt chẽ
vào ứng dụng kèm theo nó. Vì vậy, việc hiểu các dạng ứng dụng là chìa khoá để
hiểu những đòi hỏi dịch vụ khác nhau của các luồng trong mạng.
Năng lực của mạng để truyền dịch vụ mà các ứng dụng mạng cụ thể yêu cầu,
cùng với khả năng ở một mức độ nào đó điều khiển phƣơng thức thực thi (nhƣ
băng thông, trễ/jitter và mất gói) đƣợc phân loại thành ba mức độ dịch vụ:
1.5.1 Dịch vụ Nỗ lực cao nhất (Best-effort service)

11
Là kết nối cơ sở, không bảo đảm lúc nào một gói đƣợc chuyển giao đến đích
hoặc đến đƣợc hay không, mặc dù một gói thƣờng chỉ bị loại bỏ khi các hàng đợi
đệm đầu vào hoặc đầu ra của router bị tràn.
Dịch vụ Nỗ lực cao nhất không thực sự là một phần của QoS bởi không có sự
bảo đảm dịch vụ hay chuyển phát trong lƣu lƣợng chuyển tiếp. Đây là dịch vụ
mà Internet đang cung cấp phổ biến.
Hầu hết các ứng dụng dữ liệu, nhƣ Giao thức truyền File (FTP), hoạt động
thích hợp với dịch vụ nỗ lực cao nhất cho dù chất lƣợng chƣa tốtsuy giảm. Để
hoạt động tốt, tất cả các ứng dụng yêu cầu cấp phát tài nguyên mạng theo tiêu chí
độ rộng băng thông, trễ và sự mất gói tối thiểu.
1.5.2 Dịch vụ có phân loại
Trong dịch vụ có phân loại, lƣu lƣợng đƣợc nhóm thành nhiều loại dựa trên
yêu cầu dịch vụ của chúng. Mỗi loại lƣu lƣợng đƣợc phân loại bởi mạng và đƣợc
phục vụ dựa theo các cơ chế QoS đã đƣợc thiết lập cho loại đó. Kỹ thuật QoS
này thƣờng đƣợc gọi là CoS (cấp độ dịch vụ - Class of Service).
Chú ý rằng dịch vụ có phân loại thực chất không cung cấp sự đảm bảo dịch vụ.
Nó chỉ phân loại lƣu lƣợng và cho phép một loại lƣu lƣợng này đƣợc ƣu đãi hơn
loại khác. Vì lý do này, dịch vụ này còn đƣợc gọi là QoS mềm.
Kỹ thuật QoS này hoạt động tốt đối với các ứng dụng dữ liệu băng rộng. Lƣu
lƣợng điều khiển mạng cần phải đƣợc phân biệt với các lƣu lƣợng dữ liệu còn lại
và đƣợc dành quyền ƣu tiên, bảo đảm kết nối mạng cơ sở đƣợc liên tục.
1.5.3 Dịch vụ có bảo đảm
Là dịch vụ yêu cầu dành trƣớc tài nguyên mạng để chắc chắn rằng mạng đó
đáp ứng đƣợc các yêu cầu dịch vụ cụ thể của luồng lƣu lƣợng [8].
Bảng 1-1Các mức dịch vụ và chức năngcơ chế thực hiện QoS
CấpMức dịch vụ
QoS lớp 3
(Enabling Layer 3 QoS)Cơ chế thực hiện QoS

Nỗ lực cao nhất
Kết nối cơ sở


12
(Best-effort)
Có Pphân biệt loại
(Differentiated)
CoS Tốc độ truy cập cam kết (Committed
Access Rate-CAR), Xếp hàng theo trọng số
(Weighted Fair Queuing -WFQ), Phát hiện sớm
ngẫu nhiên theo trọng số (Weighted Random Early
Detection -WRED)
Có Bbảo đảm
(Guaranteed)
Giao thức dành trƣớc tài nguyên (Resource
Reservation Protocol -RSVP)

Dịch vụ có bảo đảm yêu cầu dành trƣớc tài nguyên mạng trên toàn bộ đƣờng
kết nối . Dịch vụ bảo đảm còn đƣợc gọi là QoS cứng bởi nó yêu cầu những sự
bảo đảm cứng nhắc từ mạng.
Sự dành trƣớc tuyến với đơn vị là từng luồng đơn lẻ không thể mở rộng ở quy
mô mạng đƣờng trục Internet, nơi phục vụ hàng nghìn luồng tại một thời điểm
bất kỳ. Tuy nhiên, bằng phƣơng thức dành trƣớc theo tập hợp (Aggregate
reservations), số lƣợng các trạng thái thông tin trong các bộ định tuyến mạng lõi
Internet giảm xuống mức tối thiểu. Do đó, dành trƣớc theo tập hợp có thể là
phƣơng tiện để cung cấp dịch vụ có đảm bảo ở quy mô lớn.
Những ứng dụng yêu cầu dịch vụ này bao gồm những ứng dụng multimedia
nhƣ âm thanh và hình ảnh. Những ứng dụng âm thanh tƣơng tác trên Internet đòi
hỏi một độ trễ giới hạn khoảng 100ms để phù hợp với giác quan của con ngƣời.

Độ trễ này cũng tƣơng thích với nhiều ứng dụng multimedia khác. Điện thoại
Internet cần một băng thông tối thiểu là 8-Kbps và độ trễ round-trip là 100 ms.
Mạng cần dành tài nguyên để có thể đáp ứng những nhu cầu dịch vụ bảo đảm
này.
1.6 Dịch vụ có bảo đảm (Intergrated Service): Giao thức dành trƣớc tài
nguyên (RSVP)
Trong cấu trúc dịch vụ có bảo đảm (intserv) [14], một giao thức báo hiệu chất
lƣợng dịch vụ - Qos, RSVP đƣợc sử dụng cho việc báo hiệu. RSVP là giao thức


13
báo hiệu QoS cho phép các ứng dụng đầu cuối yêu cầu các dịch vụ bảo đảm có
thể báo hiệu các yêu cầu QoS end –to-end. Nhờ đó đạt đƣợc đảm bảo dịch vụ từ
mạng
1.6.1 Giao thức dành trƣớc tài nguyên (RSVP)
IETF qui định RSVP [16] là thủ tục báo hiệu cho cấu trúc intserv. RSVP cho
phép các ứng dụng thông báo đến mạng các yêu cầu QoS theo từng luồng. Các
thông số dịch vụ đƣợc sử dụng để định lƣợng các yêu cầu đó cho việc kiểm soát
tiếp nhận.
RSVP đƣợc sử dụng trong các ứng dụng multicast nhƣ quảng bá và hội nghị
truyền hình/truyền âm thanh. Mặc dù mục tiêu ban đầu đối với RSVP là lƣu
lƣợng đa phƣơng tiện, nhƣng có một lợi ích hiển nhiên trong việc dành riêng dải
thông cho lƣu lƣợng unicast nhƣ Hệ thống file mạng (Network File System -
NFS) và cho quản lý mạng riêng ảo (Virtual Private Network - VPN).
RSVP báo hiệu các yêu cầu dành trƣớc tài nguyên dọc theo tuyến sẵn sàng
trong mạng. Giao thức tự nó không định tuyến mà nó đƣợc thiết kế để sử dụng
các giao thức định tuyến mạnh mẽ hiện tại của Internet. Cũng giống nhƣ lƣu
lƣợng IP khác, nó phụ thuộc vào giao thức định tuyến cơ bản để quyết định
đƣờng dẫn cho cả lƣu lƣợng điều khiển và lƣu lƣợng dữ liệu của nó. Do thông
tin giao thức định tuyến biến đổi phù hợp với các thay đổi cấu trúc mạng nên

các dành trƣớc RSVP đƣợc thực hiện trên đƣờng dẫn mới. Sự điều chỉnh này
giúp RSVP hoạt động hiệu quả chức năng với bất kỳ dịch vụ định tuyến cơ bản
nào. RSVR cung cấp sự truyền tải mờ các bản tin kiểm soát lƣu lƣợng và kiểm
soát chính sách, và cung cấp vận hành trong suốt qua các vùng không hỗ trợ
RSVP
1.6.1.1 Vận hành của RSVP
Thay mặt cho luồng dữ liệu ứng dụng, các hệ thống đầu cuối sử dụng RSVP
để yêu cầu mức độ QoS nhất định từ mạng. Các yêu cầu RSVP đƣợc chuyển
qua toàn mạng, đi qua các nút mạng dùng để truyền tải dòng dữ liệu. Tại mỗi
nút, RSVP nỗ lực thực hiện việc dành riêng tài nguyên đối với dòng dữ liệu.


14
Cỏc b nh tuyn s dng RSVP s truyn cỏc lung d liu ti ỳng ớch.
Hỡnh 1-2 cho cỏi nhỡn tng quan v cỏc khi chc nng quan trng v cỏc lung
thụng tin iu khin v d liu ca b nh tuyn v mỏy trm s dng RSVP.
Hỡnh 1-2 Thụng tin lung d liu v iu khin ca router v mỏy trm
s dng RSVP
ứng dụng
Bộ phân
loại gói
Bộ xếp
lịch gói
RSVPD
Kiểm soát
chính sách
Kiểm soát
tiếp nhận
HOST
ứng dụng

Bộ phân
loại gói
Bộ xếp
lịch gói
RSVPD
Kiểm soát
chính sách
Kiểm soát
tiếp nhận
ROUTER
RSVP trong các HOST và ROUTER
Số liệu
Các gói RSVP/kiểm soát

RSVP daemon trong b nh tuyn trao i thụng tin vi hai khi chc nng
quyt nh ni b - kim soỏt tip nhn v kim soỏt chớnh sỏch - trc khi thc
hin vic dnh trc ti nguyờn. Kim soỏt tip nhn quyt nh xem nỳt mng
cú ti nguyờn m vo QoS yờu cu hay khụng. Kim soỏt chớnh sỏch
quyt nh xem ngi s dng cú c phộp thc hin vic dnh riờng ti
nguyờn hay khụng. Kim soỏt chớnh sỏch xỏc nh ngi s dng cú quyn qun
tr tin hnh dnh trc hay khụng. Nu vic kim tra tht bi, RSVP daemon
gi i thụng bỏo li n tin trỡnh ng dng, ni ó gi yờu cu ú. Nu vic
kim tra thnh cụng thỡ RSVP daemon thit lp cỏc tham s trong b phõn loi
gúi (packet classifier) v b xp lch gúi (packet scheduler) cú c QoS yờu
cu. B phõn loi gúi xỏc nh loi QoS cho mi gúi tin v b xp lch gúi
(packet scheduler) sp xp vic truyn gúi tin da trờn lp QoS ca nú. Cỏc
thut toỏn Xp hng theo trng s Weighted Fair Queuing (WFQ) v Phỏt hin
sm ngu nhiờn theo trng s Weighted Random Early Detection h tr vic xp
lch cho QoS.
Trong quỏ trỡnh quyt nh kim soỏt tip nhn, mt bn tin dnh trc i

15
với dung lƣợng yêu cầu đƣợc thực hiện nếu còn đủ dung lƣợng cho lớp lƣu
lƣợng yêu cầu đó. Trong trƣờng hợp yêu cầu tiếp nhận bị từ chối thì lƣu lƣợng
vẫn đƣợc chuyển tiếp với dịch vụ mặc định đối với loại lƣu lƣợng của lƣu lƣợng
đó. Trong nhiều trƣờng hợp, thậm chí một yêu cầu tiếp nhận thất bại tại một hay
nhiều bộ định tuyến thì vẫn có thể cung cấp chất lƣợng chấp nhận đƣợc nhƣ thể
nó đã thành công trong việc thiết lập dành trƣớc trong tất cả các bộ định tuyến
đang bị nghẽn. Điều này là do các dành trƣớc khác có thể không sử dụng hết
dung lƣợng dành riêng.
Các thông tin dành trƣớc phải đi theo trên cùng một đƣờng dẫn unicast hoặc
trên cây multicast tại mọi thời điểm. Trong trƣờng hợp hỏng tuyến kết nối thì bộ
định tuyến phải thông báo cho RSVP daemon do đó các bản tin RSVP đƣợc tạo
ra trên một tuyến mới.
Có thể phân chia quá trình thiết lập việc dành trước thành 5 bước:
1. Bộ truyền dữ liệu gửi đi các bản tin điều khiển RSVP PATH theo cùng
một cách gửi dữ liệu thông thƣờng. Các bản tin này mô tả dữ liệu chúng đang
gửi hoặc định gửi.
2. Mỗi bộ định tuyến RSVP thu các bản tin PATH, lƣu địa chỉ IP chặng trƣớc
đó, ghi địa chỉ của nó nhƣ là địa chỉ của chặng trƣớc đó và gửi đi bản tin cập
nhật trên cùng tuyến mà dữ liệu ứng dụng đang sử dụng.
3. Các trạm thu lựa chọn subnet của các phiên mà chúng nhận thông tin
PATH và yêu cầu các dành trƣớc tài nguyên RSVP từ bộ định tuyến chặng trƣớc
đó sử dụng bản tin RSVP RESV. Các bản tin RSVP RESV đi từ bộ thu đến bộ
phát theo đƣờng ngƣợc lại đúng nhƣ so với đƣờng dẫn lấy bởi các bản tin RSVP
PATH.
4. Các bộ định tuyến RSVP quyết định xem chúng có thể chấp nhận các yêu
cầu RESV. Nếu chúng không thể, chúng sẽ từ chối các yêu cầu dành trƣớc này.
Nếu chúng có thể, chúng sẽ hợp các yêu cầu dành trƣớc nhận đƣợc và yêu cầu

dành trƣớc từ bộ định tuyến chặng trƣớc đó.
5. Bộ phát nhận các yêu cầu dành trƣớc từ các bộ định tuyến chặng kế tiếp,